DE10161002A1

DE10161002A1 - Solenoid valve for controlling an injection valve of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10161002A1
Application number: DE2001161002
Authority: DE
Inventors: Rainer Haeberer; Ralf Maier; Stefan Haug; Juergen Keinath
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-07-03
Also published as: EP1319827A2; JP2003193939A; EP1319827A3

Abstract

Bei einem Magnetventil zur Steuerung eines Einspritzventils (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Ventilsitz mit konischer Ventilsitzfläche, einen zwischen Ventilsitz und einem Eletromagneten in einem Ventilgehäuse (2) axial beweglichen Anker (14) und ein mit dem Anker (14) bewegtes und mit dem Ventilsitz (12) zusammenwirkendes, zumindest teilkugelförmiges Ventilglied (13) zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffablaufkanals (10), ist erfindungsgemäß der Anker (14) frei von mechanischen Führungsmitteln in radialer Richtung beweglich im Ventilgehäuse (2) angeordnet und ist zumindest bei verschlossenem Kraftstoffablaufkanal (10) das Ventilglied (13) in radialer Richtung am Anker (14) fixiert.In a solenoid valve for controlling an injection valve (1) of an internal combustion engine, comprising a valve seat with a conical valve seat surface, an armature (14) which is axially movable between the valve seat and an electromagnet in a valve housing (2), and an armature which is moved with the armature (14) and with which Valve seat (12) cooperating, at least partially spherical valve member (13) for opening and closing a fuel drain channel (10), according to the invention the armature (14) is arranged in the valve housing (2) to be movable in the radial direction free of mechanical guide means and is at least when the fuel drain channel () is closed ( 10) the valve member (13) is fixed in the radial direction on the armature (14).

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1. The invention relates to a solenoid valve according to the Genus of claim 1.

Ein solches aus der DE 197 01 879 A1 bekanntes Magnetventil wird zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerdruckraum eines Einspritzventils, beispielsweise eines Injektors einer Common-Rail-Einspritzanlage, verwendet. Bei derartigen Einspritzventilen wird über den Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum die Bewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das bekannte Magnetventil weist einen im Ventilgehäuse angeordneten Elektromagneten, einen von einer Schließfeder beaufschlagten, axial beweglichen Anker und eine am Anker angelenkte Ventilkugel auf, die mit einem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluß aus dem Steuerdruckraum steuert. Such a known from DE 197 01 879 A1 Solenoid valve is used to control the fuel pressure in the Control pressure chamber of an injection valve, for example one Injector of a common rail injection system used. at such injectors will check the fuel pressure the movement of a valve piston in the control pressure chamber controlled with which an injection opening of the Injector is opened or closed. The known Solenoid valve has one arranged in the valve housing Electromagnets, a spring loaded axially movable anchor and an articulated to the anchor Valve ball on that with a valve seat of the solenoid valve cooperates and so the fuel flow from the Control pressure room controls.

Die Ventilkugel ist in einem Sockelteil des Ankers gehalten, das in radialer Richtung relativ zu einer Ankerplatte des Ankers verschiebbar ist. Der Anker ist in einer mechanischen Ankerführung des Ventilgehäuses axial verschiebbar gelagert, wodurch Reibungsverluste entstehen, die bei der Auslegung des Gesamtsystems berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus macht der Einbau der Ankerführung in das Ventilgehäuse einen mechanisch recht aufwendigen Gesamtaufbau erforderlich. The valve ball is in a base part of the armature held in the radial direction relative to an anchor plate the anchor is displaceable. The anchor is in one mechanical anchor guide of the valve housing axially displaceable stored, which causes friction losses, which at Design of the overall system must be taken into account. In addition, the installation of the anchor guide in the Valve housing a mechanically quite complex Overall construction required.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetventils bestehen im wesentlichen in der Einsparung der bisher verwendeten mechanischen Ankerführung und dem Wegfall der damit verbundenen Herstellungs- und Arbeitsschritte. Beim Schließen des ausgelenkten Ankers und dem Wiedereintauchen des radial fixierten Ventilglieds in den konischen Ventilsitz wird auch der Anker durch das Ventilglied jedesmal radial zum Ventilsitz fixiert und so an einem radialen Wegwandern gehindert. The advantages of the solenoid valve according to the invention exist essentially in the saving of the previously used mechanical anchor guidance and the elimination of the associated manufacturing and work steps. While closing of the deflected anchor and the immersion of the radially fixed valve member in the conical valve seat also the armature through the valve member each time radially Valve seat fixed and thus on a radial migration prevented.

Vorzugsweise ist das Ventilglied als Ventilkugel ausgebildet, die zwischen dem konischen Ventilsitz und einer zum Ventilsitz hin offenen Zentrieraufnahme des Ankers axial verschiebbar gelagert ist. Da der Anker einen Hub von nur ca. 40 µm macht, ist die Ventilkugel zwischen dem konischen Ventilsitz und der Aufnahme des Ankers axial verschiebbar gehalten und findet bei jedem Schaltvorgang wieder genau in den Ventilsitz. Auf diese Art und Weise kann ein Scheuern der Feder am Magnetkern vermieden werden, so daß über die Laufzeit gleichbleibende Reibungsverhältnisse gegeben sind. The valve member is preferably a valve ball formed between the conical valve seat and one for Valve seat open centering of the armature axially is slidably mounted. Because the anchor has a stroke of only 40 µm, the valve ball is between the conical valve seat and the inclusion of the armature axially slidably held and takes place with each shift back into the valve seat. That way abrasion of the spring on the magnetic core can be avoided that constant friction ratios over the term given are.

Bevorzugt ist die Aufnahme des Ankers kalottenförmig, insbesondere halbkugelförmig ausgebildet. Weiterhin kann der Anker einteilig oder auch zweiteilig mit einem in einer Ankerplatte axial verschiebbar geführten Sockelteil ausgebildet sein. The anchor is preferably dome-shaped, in particular hemispherical. Furthermore, the One-piece or two-piece anchor with one in one Anchor plate axially displaceably guided base part be trained.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the The subject of the invention are the description, the drawing and removable from the claims.

drawing

Vier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Magnetventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Four embodiments of the invention Solenoid valve are shown in the drawing and are in the following description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem oberen Teil eines Einspritzventils mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils; Figure 1 shows a section of the upper part of an injection valve with a first embodiment of the solenoid valve according to the invention.

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht des Magnetventils im Bereich seines Ventilglieds; Figure 2 is an enlarged detail view of the solenoid valve in the region of the valve member.

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1; Fig. 3 shows a second embodiment of the solenoid valve according to the invention in a representation analogous to Fig. 1;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1; und Fig. 4 shows a third embodiment of the solenoid valve according to the invention in a representation analogous to Fig. 1; and

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer Darstellung analog zu Fig. 1. Fig. 5 shows a fourth embodiment of the solenoid valve according to the invention in a representation analogous to FIG. 1,.

Description of the embodiments

Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Einspritzventils 1, welches zur Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzanlage bestimmt ist, insbesondere eines Common-Rail-Systems für Dieselkraftstoff, welches mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher ausgerüstet ist, der durch eine Hochdruckförderpumpe kontinuierlich mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird. Fig. 1 shows the upper part of an injection valve 1 , which is intended for use in a fuel injection system, in particular a common rail system for diesel fuel, which is equipped with a high-pressure fuel reservoir, which is continuously supplied with high-pressure fuel by a high-pressure feed pump.

Das Einspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Ventilstück 3 auf, in dessen Führungsbohrung 4 ein Ventilkolben 5 axial verschiebbar angeordnet ist, der mit seinem in Fig. 1 nicht dargestellten unteren Ende auf eine in einem Düsenkörper angeordnete Ventilnadel einwirkt. Die Ventilnadel ist in einem Druckraum angeordnet, der über eine Druckbohrung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt ist. Bei einer Öffnungshubbewegung des Ventilkolbens 5 wird die Ventilnadel durch den ständig an einer Druckschulter der Ventilnadel angreifenden Kraftstoffhochdruck im Druckraum entgegen der Schließkraft einer nicht dargestellten Feder angehoben. Durch eine dann mit dem Druckraum verbundene Einspritzöffnung erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Durch Absenken des Ventilkolbens 5 wird die Ventilnadel in Schließrichtung in einen Ventilsitz des Einspritzventils 1 gedrückt und dadurch der Einspritzvorgang beendet. Die von der Ventilnadel abgewandte Stirnseite des Ventilkolbens 5 begrenzt in der Führungsbohrung 4 einen Steuerdruckraum 6, der über einen Zulaufkanal 7 mit einem nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckanschluß verbunden und somit dem im Hochdruckspeicher herrschenden hohen Kraftstoffdruck ausgesetzt ist. Koaxial zum Ventilkolben 5 zweigt aus dem Steuerdruckraum 6 eine im Ventilstück 3 verlaufende Bohrung 8 ab, die über eine Ablaufdrossel 9 in einen Kraftstoffablaufkanal 10 übergeht. Dieser Kraftstoffablaufkanal 10 mündet in einen Entlastungsraum 11, der mit einem nicht dargestellten Kraftstoffniederdruckanschluß verbunden ist. Der Austritt des Kraftstoffablaufkanals 10 aus dem Ventilstück 3 erfolgt im Bereich der kegelförmig angesenkten oberen Stirnseite des Ventilstücks 3, die einen konischen Ventilsitz 12 (Fig. 2) für das als Ventilkugel ausgebildetes Ventilglied 13 eines das Einspritzventil 1 steuernden Magnetventils bildet. Das Ventilglied 13 ist unverlierbar zwischen dem Ventilsitz 12 des Ventilstücks 3 und einem Anker 14 gehalten, der im Entlastungsraum 11 axial beweglich gelagert und mittels einer Schließfeder 15 in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der Anker 14 im Entlastungsraum 11 weder eine axiale noch eine radiale Führung hat. Der Anker 14 ist einteilig mit einer Ankerplatte 16 und einem Sockelteil 17 ausgebildet, das an seiner Unterseite eine kalottenförmige Zentrieraufnahme 18 für das Ventilglied 13 hat. Der Anker 14 und mit ihm das Ventilglied 13 sind durch die gehäusefest abgestützte Schließfeder 15 ständig in Schließrichtung beaufschlagt, so daß das Ventilglied 13 normalerweise in Schließstellung am Ventilsitz 12 anliegt. Bei Erregung der Magnetspule 19 eines Elektromagneten wird der Anker 14 in axialer Richtung fort vom Ventilsitz 12 angehoben, wodurch das Ventilglied 13 durch den im Kraftstoffablaufkanal 10 herrschenden Kraftstoffdruck vom Ventilsitz 12 abgehoben wird und den Kraftstoffablaufkanal 10 zum Entlastungsraum 11 öffnet. The injection valve 1 has a valve housing 2 with a valve piece 3 , in the guide bore 4 of which a valve piston 5 is arranged so as to be axially displaceable, which acts with its lower end (not shown in FIG. 1) on a valve needle arranged in a nozzle body. The valve needle is arranged in a pressure chamber, which is supplied with fuel under high pressure via a pressure bore. During an opening stroke movement of the valve piston 5 , the valve needle is raised against the closing force of a spring (not shown) by the high fuel pressure in the pressure chamber constantly acting on a pressure shoulder of the valve needle. The fuel is then injected into the combustion chamber of the internal combustion engine through an injection opening which is then connected to the pressure chamber. By lowering the valve piston 5 , the valve needle is pressed into a valve seat of the injection valve 1 in the closing direction, thereby ending the injection process. The end face of the valve piston 5 facing away from the valve needle delimits in the guide bore 4 a control pressure chamber 6 which is connected via an inlet channel 7 to a high-pressure fuel connection, not shown, and is therefore exposed to the high fuel pressure prevailing in the high-pressure accumulator. Coaxially to the valve piston 5 branches off from the control pressure chamber 6 from an axis extending in the valve piece 3. hole 8, which passes via an outlet throttle 9 into a fuel drain pin 10. This fuel drain channel 10 opens into a relief chamber 11 which is connected to a fuel low-pressure connection, not shown. The fuel drain channel 10 emerges from the valve piece 3 in the region of the conically countersunk upper end face of the valve piece 3 , which forms a conical valve seat 12 ( FIG. 2) for the valve member 13 of a solenoid valve controlling the injection valve 1 and designed as a valve ball. The valve member 13 is captively held between the valve seat 12 of the valve piece 3 and an armature 14 , which is axially movably supported in the relief chamber 11 and is acted upon in the closing direction by means of a closing spring 15 , the armature 14 in the relief chamber 11 having neither axial nor radial guidance , The armature 14 is formed in one piece with an anchor plate 16 and a base part 17 , which has a dome-shaped centering receptacle 18 for the valve member 13 on its underside. The armature 14 and with it the valve member 13 are constantly acted upon in the closing direction by the closing spring 15 which is supported on the housing, so that the valve member 13 normally bears against the valve seat 12 in the closed position . Upon energization of the solenoid coil 19 of an electromagnet, the armature 14 in the axial direction is continuously raised from the valve seat 12, thereby the valve member 13 is lifted by the pressure prevailing in the fuel discharge passage 10 fuel pressure from the valve seat 12 and the fuel discharge passage 10 opens to the relief space. 11

Beim Schließen des Magnetventils wird der Anker 14 durch das in der kalottenförmigen Zentrieraufnahme 18 radial zentrierte Ventilglied 13 jedesmal radial im Ventilsitz 12 fixiert und so an einem radialen Wegwandern gehindert. Da der Anker 14 einen Hub von nur ca. 40 µm macht, ist das Ventilglied 13 zwischen dem konischen Ventilsitz 12 und der kalottenförmigen Zentrieraufnahme 18 des Ankers 18 unverlierbar, aber axial verschiebbar gehalten und findet bei jedem Schaltvorgang wieder genau in den Ventilsitz 12. When the solenoid valve closes, the armature 14 is fixed radially in the valve seat 12 by the valve member 13, which is radially centered in the spherical centering receptacle 18, and is thus prevented from moving radially away. Since the armature 14 makes a stroke of only approx. 40 μm, the valve member 13 between the conical valve seat 12 and the dome-shaped centering receptacle 18 of the armature 18 is captive but held axially displaceable and finds itself exactly in the valve seat 12 during each switching operation.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Magnetventils ist der Anker 114 zweiteilig mit einer Ankerplatte 116 und mit dem Sockelteil 117 gebildet, das in einem Sackloch der Ankerplatte 116 axial verschiebbar geführt ist. Die Schließfeder 15 ist an der Ankerplatte 16 abgestützt, wobei das Sockelteil 117 aufgrund der Strömungskräfte permanent in das Sackloch gedrückt wird. In the embodiment of the solenoid valve shown in FIG. 3, the armature 114 is formed in two parts with an armature plate 116 and with the base part 117 , which is guided axially displaceably in a blind hole of the armature plate 116 . The closing spring 15 is supported on the anchor plate 16 , the base part 117 being pressed permanently into the blind hole due to the flow forces.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Magnetventils, bei dem das Sockelteil 217 des Ankers 214 in einer Durchgangsbohrung 220 der Ankerplatte 216 axial verschiebbar geführt ist und die Schließfeder 15 am Sockelteil 217 angreift. Die Ankerplatte 216 hintergreift in Schließrichtung das Sockelteil 217 und ist daher mit diesem in Öffnungsrichtung bewegungsgekoppelt. Durch eine im Entlastungsraum 11 angeordnete und am Ventilstück 3 abgestützte weiche Druckfeder 221 ist die Ankerplatte 216 in Anlage an das Sockelteil 217 gehalten und somit gegen ein Herunterfallen gesichert. Fig. 4 shows a further embodiment of the solenoid valve, in which the base part 217 of the armature 214 is guided axially displaceably in a through bore 220 of the armature plate 216 and the closing spring 15 engages the base part 217 . The anchor plate 216 engages behind the base part 217 in the closing direction and is therefore coupled to this movement in the opening direction. The anchor plate 216 is held in contact with the base part 217 by a soft compression spring 221 which is arranged in the relief chamber 11 and is supported on the valve piece 3 and is thus secured against falling off.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Magnetventils ist der Anker 314 einteilig mit Ankerplatte 316, Sockelteil 317 und halbkugelförmigem Ventilglied 313 ausgebildet. In the embodiment of the solenoid valve shown in FIG. 5, the armature 314 is formed in one piece with the armature plate 316 , base part 317 and hemispherical valve member 313 .

Claims

1. Solenoid valve for controlling an injection valve ( 1 ) of an internal combustion engine, comprising a valve seat ( 12 ) with a conical valve seat surface, an armature ( 14 ; 114 ; 214 ; 314 ) which is axially movable between the valve seat ( 12 ) and an electromagnet in a valve housing ( 2 ). and an at least partially spherical valve member ( 13 ; 313 ) which is moved with the armature ( 14 ; 114 ; 214 ; 314 ) and cooperates with the valve seat ( 12 ), for opening and closing a fuel drain channel ( 10 ), characterized in that the armature ( 14 ; 114 ; 214 ; 314 ) is arranged in the valve housing ( 2 ) so that it can move in the radial direction free of mechanical guide means and that the valve member ( 13 ; 313 ) on the armature ( 14 ; 114 ; 214 ; 314 ) at least when the fuel drain channel ( 10 ) is closed radial direction is fixed.

2. Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the valve member ( 13 ) is designed as a valve ball which between the conical valve seat ( 12 ) and a valve seat ( 12 ) towards the centering receptacle ( 18 ) of the armature ( 14 ; 114 ; 214 ) is axially displaceable.

3. Solenoid valve according to claim 2, characterized in that the centering receptacle ( 18 ) of the armature ( 14 ; 114 ; 214 ) is dome-shaped, in particular hemispherical.

4. Solenoid valve according to claim 2, characterized in that the centering of the armature tapers in the direction away from the valve seat ( 12 ).

5. Solenoid valve according to one of claims 2 to 4, characterized in that the centering receptacle ( 18 ) on a base part ( 117 ; 217 ) of the armature ( 114 ; 214 ) is provided, which in an armature plate ( 16 ) of the armature ( 114 ; 214 ) is guided axially displaceably.

6. Solenoid valve according to claim 5, characterized in that the base part ( 217 ) in a through hole ( 220 ) of the armature plate ( 216 ) axially displaceably and is coupled to the armature plate ( 216 ) only in the valve opening direction and that a valve spring acting in the valve closing direction ( 15 ) is supported on the base part ( 217 ) and the anchor plate ( 216 ) is held in contact with the base part ( 217 ) by a spring ( 221 ) supported on the housing side.

7. Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the armature ( 314 ) and the valve member ( 313 ) are integrally formed.

8. Solenoid valve according to one of the preceding claims, characterized by a valve spring ( 15 ) acting in the valve closing direction on the armature ( 14 ; 114 ; 214 ; 314 ).